JPH10319523A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で投射レンズに係る負担を軽減可
能とすることにより、小型化及び低コスト化を可能にし
且つ色分離特性及び光効率を向上させる。 【解決手段】 偏光板としてのピンホール板１２と液晶
パネル６との間には、３枚のダイクロイック・ミラー１
３ａ〜１３ｃがピンホール板１２からの任意波長範囲の
略平行光主光線に対し４５度の角度で且つ所定距離等間
隔で夫々平行となるように配設される。これらのダイク
ロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃは照射された平行光を
任意波長範囲にて透過しあるいは反射することにより、
等角度の光に色分離する。こうして色分離された各色の
光は液晶パネル６の対応する液晶パネル６の各液晶セル
（開口部）６ａ〜６ｃに照射される。これにより、従来
の角度制御による色分離同等の光利用効率を得るととも
に、液晶パネル通過後の最大発散角を小さくして投射レ
ンズにかかる負担を軽減することができ、その結果、装
置の低コスト化及び小型化に寄与することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源ランプと液晶
ライトバルブを用いて構成される投射型液晶プロジェク
ター、あるいは投射型液晶プロジェクションテレビ等の
投射型映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面で小型・軽量のディスプレ
イ装置の要求に伴い、液晶パネルを用いた投射型液晶プ
ロジェクタ（以下、投射型映像表示装置と記載）が注目
されている。投射型映像表示装置は、液晶パネルを用い
ることによって、従来のＣＲＴを用いた投射型映像表示
装置に比べ、小型・軽量を可能にすると共に大画面表示
を容易に実現することが可能である。また、面倒なコン
バーゼンス調整が不要で地磁気の影響を受けない等の利
点もある。 このような理由から、現在、液晶を用いた
投射型映像表示装置の普及が急速に進んでいる。

【０００３】一般に、液晶を用いた投射型映像表示装置
においては、輝度のアンバランスを平均化して照度むら
を改善して高品位な光源照明を得るフライアイ方式や、
光効率の向上が可能な両偏光利用等の高品質高効率の照
明装置が量産化され、また低消費電力化を図りつつ、よ
り高光束高輝度化が進んでいる。

【０００４】一方、ポリシリコン液晶の開発により、液
晶ライトバルブの更なる小型化が進んでいるが、従来の
カラーフィルタを用いた単板方式では、任意セルを照射
する光のうちＲＧＢの何れか単色帯域しか通さないた
め、光利用効率も問題となると同時に損失光の殆どは熱
になることから、カラーフィルタの耐光性が発生してお
り、小型化の要求を満足するには限界である。

【０００５】そこで、上述の諸問題を解決するために、
図７に示すようなマイクロレンズ集光と角度制御による
カラー表示手法が提案されている。

【０００６】この提案による手法では、図７（ｂ）に示
すように、液晶セル１２の１画素毎に対向基板１１を介
してマイクロレンズ１０（例えばガラス板に設けられた
複数の孔にレンズ部材を注入して成形されたもの）を配
設することで液晶パネルを構成し、該マイクロレンズ１
０による集光位置（マイクロレンズ１０に対するＲＧＢ
の入射角度）を変えることによって、カラーフィルタを
用いることなくカラー表示を可能にする。つまり、本手
法は、マイクロレンズ１０により照明光が集光すること
を利用し、図中（ｂ）に示すように３原色を角度“θ”
だけ変位させて色分離を行うと同時に光学的開口率を向
上させる手法であり、既に実用化されている技術であ
る。

【０００７】しかしながら本方式では、原理的に照明光
束の発散角度に制限がある。つまり、照明光がこの照明
有効発散角“θ１”を超えると、この照明光は液晶開口
部を通過できず殆どが発熱源となってしまい、また照明
混色制限角“θ２”を越えると、この照明光（ＲＧＢ何
れかの光束）は照射すべきドットには照射されず隣のド
ット（セル）に対して照射してしまい、混色即ち、色純
度の確保ができなくなる。

【０００８】したがって、本方式の光学系には、図７
（ａ）に示すような絞り３が不可欠で、この絞り３によ
る照明発散角度制限にて色純度損失対策が施されてい
る。通常、マイクロレンズ１０における製造誤差やパネ
ル７／偏光板８の温度対策に考慮して、この絞り径
“φ”は、照明混色制限角“θ２”ではなく、照明有効
発散角“θ１”によって設定される。ここで、これら照
明光束の概略発散角度を算出するための算出式を下記に
示す。尚、図７（ｂ）において、画素毎のドットピッチ
をＷｄ、対向基板１１の対向圧をＬ、液晶基板内の屈折
率をＮ、開口中央から開口部端までの距離をＷｏ、任意
開口部中央から隣接ドット開口部までの距離をＷｍ、画
素隣接部から反対隣接ドット開口部端までの距離をＷｗ
としたものとする。すると、 分色設定角“θ” ＝ ASIN（Ｎ×SIN （ATAN（Ｗ
ｄ／Ｌ））） 照明有効発散角“θ１”＝ ASIN（Ｎ×SIN （ATAN（Ｗ
ｏ／Ｌ））） 照明混色制限角“θ２”＝ ASIN（Ｎ×SIN （ATAN（Ｗ
ｍ／Ｌ））） となる。また、液晶通過後の最大発散角を“Ｌθ”とす
ると、 最大発散角“Ｌθ” ＝ ASIN（Ｎ×SIN （ATAN（Ｗ
ｗ／Ｌ））） となり、図７（ａ）に示す投射レンズ９の要求ＦＮｏ
“Ｆ“については、 要求ＦＮｏ“Ｆ“ １／２SIN “Ｌθ” となる関係を有している。つまり、こうして要求される
投射レンズ９のＦＮｏを得る。

【０００９】したがって、上述したように絞り径“φ”
が照明有効発散角“θ１”によって設定されるため、現
在の潮流である画素数の増加、パネル小型化が図られる
と、上記算出式からも解るように照明有効発散角“θ
１”は非常に小さくなり、光路長が充分に確保されなけ
れば、高効率な照明系は構築不可能となる。また、対向
圧“Ｌ“を小さくし上記照明有効発散角“θ１”を拡大
することは可能だが、対向基板研磨処理等液晶そのもの
の製造性にしわ寄せが生じると同時に、上記各式に示す
通り液晶通過後の発散角が拡大することになるため、非
常に高開口の投射レンズが要求されるという不都合が発
生する。つまり、高開口の投射レンズは形状が大きいた
め、セットの小型化には不利であると同時に、解像度並
びにその他の光学系特性等を確保することが困難である
という不都合もあり、その結果、多大なコスト増を必要
としていた。

【００１０】以上の理由により、投射レンズに係る負担
を軽減することが望まれているが、現状では解決されて
はおらず、このため、小型化高精度化が可能でしかも高
効率のカラー液晶ライトバルブにおける照明光学系を構
築することができないという問題点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の角
度制御によるカラー表示可能な投射型映像表示装置で
は、単板方式であるため小型化及び低コスト化が可能で
且つダイクロイックミラーによる３板方式並の光利用効
率が得られる一方、発散角制限による効率損失多大を容
認するか、または、多大な光路長が必要であることか
ら、小型化及び多画素高精細化には不適当である。つま
り投射レンズに係る負担を軽減することができないた
め、結果として、高コストになってしまい、小型高精細
化が可能で高効率な投射型映像表示装置の照明光学系を
構築することができないという問題点があった。

【００１２】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構成で投射レンズに係る負担を軽減
可能とすることにより、小型化及び低コスト化を可能に
するとともに、色分離特性及び光効率を向上させること
のできる投射型液晶表示装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の投射型
映像表示装置は、光源より発する光を光軸と略平行に制
御して略平行光を照射する照明手段と、前記照明手段に
より得られた略平行光の偏光方向を制限して照射する第
１の偏光板と、旋光性を有する液晶セルがマトリックス
状に配置され、任意液晶セルに任意電界を与えることに
より旋光角を制御して入射光を変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルの投射側に配置され、前記液晶パネルを
通過した光の任意偏光方向のみについて制限して照射す
る第２の偏光板と、前記第２の偏光板を通過した光をス
クリーンに表示させるために拡大投射する投射レンズ
と、前記第１の偏光板と前記液晶パネルとの間に設けら
れ、前記照明手段により得られた略平行光主光線に対し
４５度の角度で且つ等間隔で併設された３つの反射面を
備え、これらの反射面により前記第１の偏光板からの照
射光に対し任意波長範囲にて透過あるいは反射すること
により色分離を行い、前記液晶パネルに照射するダイク
ロイック・ミラーと、を具備したものである。

【００１４】請求項１記載の本発明においては、照明手
段は、例えばリフレクタであって、該リフレクタは光源
より発する光を光軸と略平行に制御して略平行光を照射
する。第１の偏光板は、例えばピンホール板であって、
ピンホール板は前記照明手段により得られた略平行光の
偏光方向を制限して照射する。液晶パネルは、旋光性を
有する液晶セルがマトリックス状に配置され、任意液晶
セルに任意電界を与えることにより旋光角を制御して入
射光を変調する。第２の偏光板は、前記液晶パネルの投
射側に配置され、前記液晶パネルを通過した光の任意偏
光方向のみについて制限して照射する。投射レンズは、
前記第２の偏光板を通過した光をスクリーンに表示させ
るために拡大投射する。ダイクロイック・ミラーは、前
記第１の偏光板と前記液晶パネルとの間に設けられ、前
記照明手段により得られた略平行光主光線に対し４５度
の角度で且つ等間隔で併設された３つの反射面を備え、
これらの反射面により前記第１の偏光板からの照射光に
対し任意波長範囲にて透過あるいは反射することにより
色分離を行い、前記液晶パネルに照射する。これによ
り、従来の角度制御による色分離同等の光利用効率を得
る他、液晶パネル通過後の最大発散角を小さくすること
が可能になるため、投射レンズに係る負担を軽減して、
低コスト化及び小型化に寄与することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。

【００１６】図１は本発明に係る投射型映像表示装置の
第１実施形態例を示し、装置に用いられた照明系の光学
系概念を示す概略構成図であり、本発明による色分離処
理に係る原理概念についても示されている。尚、図１は
説明簡略化の為に図７（ａ）に示す光源照明系及び投射
光学系については省略し本発明に係る主要部分である照
明系のみを示すとともに、光学系における光線ついては
所定数の光束として示されている。

【００１７】本実施形態例における投射型映像表示装置
は、図１に示すような光学系照明手段を備えている。こ
の光学系照明手段には、例えば従来技術と同様の液晶パ
ネル６が配設されている。この液晶パネル６は、旋光性
を有する液晶セルがマトリックス状に配置され、任意の
電界に応じて上記旋光角を制御可能な制御手段を備えて
構成されたものである。

【００１８】本実施形態例では、上記液晶パネル６に光
を照射するための方法として、図示はしないが光源によ
り発する光を略平行に制御可能なリフレクタ等の照明光
制御手段を用いることにより、照射するのに必要な平行
光（図中の波線で囲む領域内の光束）１１を得るように
している。この平行光１１は偏光板としてのピンホール
板１２に照射される。

【００１９】ピンホール板１２は、上記液晶パネル６の
液晶セル（開口部ともいう）６ａ〜６ｃの配置に応じた
位置に複数のピンホール（通過孔）１２ａを設けて構成
されている。このピンホール板１２は、これらピンホー
ル１２ａによって照射される平行光１１の偏光方向を制
限して通過させる特性を有している。このピンホール１
２を通過した光は、光学系反射手段１３に照射される。

【００２０】光学系反射手段１３としては、例えば入射
光を３原色の光に色分離するためのダイクロイック・ミ
ラーが採用されており、ダイクロイック・ミラー１３
は、図中に示すように３枚（１３ａ〜１３ｃ）設けられ
て配設されている。この場合、これら３枚のダイクロイ
ック・ミラー１３ａ〜１３ｃはピンホール板１２により
任意波長範囲の略平行光主光線に対し、４５度の角度で
且つ所定距離等間隔で夫々平行となるように配設されて
いる。

【００２１】これらのダイクロイック・ミラー１３ａ〜
１３ｃは、照射された平行光を任意波長範囲にて透過
し、あるいは反射することにより、等角度の光に色分離
する。つまり、ある色の光を反射し、他の色の光を全て
透過するという特性を利用することにより、波長反射特
性に応じた入射光に対する色分離（３原色）を行うこと
が可能となり、こうして夫々色分離された各色の光は液
晶パネル６の対応する液晶パネル６の各液晶セル６ａ〜
６ｃ上に照射されるようになっている。

【００２２】例えば、液晶パネル６近傍に介在するダイ
クロイック・ミラー１３ａとして赤（以下、Ｒと略記）
の波長範囲の光を、またこれに続くダイクロイック・ミ
ラー１３ｂとして緑（以下、Ｇと略記）の波長範囲の光
を、さらに外側のダイクロイック・ミラー１３ｃとして
青（以下、Ｂと略記）の波長範囲の光を選択反射するも
のを夫々上述した配置状態で使用したものとすると、液
晶パネル６上の１画素を形成する３つの液晶セル（開口
部）６ａ、６ｂ、６ｃには、夫々のダイクロイック・ミ
ラー１３ａ〜１３ｃにより色分離された３原色の光が対
応する開口部に照射される。即ち、Ｒの光が開口部６ｃ
に、Ｇの光が開口部６ｂに、Ｂの光が開口部６ａに夫々
照射されて結像されることになる。

【００２３】これにより、光路長を充分確保せずとも、
照明有効発散角θ１を拡大することが可能となると同時
に、図７で説明したように液晶パネル６通過後の最大発
散角Ｌθを小さくすることができる。

【００２４】したがって、本実施形態例によれば、光利
用効率を向上させることができることは勿論のこと、最
大発散角Ｌθを小さくすることができるため、投射レン
ズに係る負担を軽減することが可能となり、結果とし
て、投射型映像表示装置における低コスト化及び小型化
に寄与する。また、上記構成の光学系照明手段は上述の
如く簡単な構成となっていることから、作業性を容易に
するという効果もある。

【００２５】ところで、本発明では、投射型映像表示装
置を構成する投射レンズとのバックフォーカスが長い場
合や、液晶パネル６の画素配列形態が異なった場合で
も、より投射レンズに対する負担を軽減して、低コスト
化に寄与することが可能である。このような実施形態例
を図２に示す。

【００２６】図２は本発明に係る投射型映像表示装置の
第２実施形態例を示し、装置に用いられる照明系の光学
系概念を示す概略構成図である。

【００２７】上記第１実施形態例における投射型映像表
示装置において、例えば投射レンズと液晶パネルとの距
離（バックフォーカス）が長く、最大制限角Ｌθも上記
実施形態例と同一だとすると、この場合投射レンズの開
口形状については少ししか小さくすることができない。
しかし、本実施形態例では、上記光学系反射手段である
夫々のダイクロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃについて
は平行ではなく夫々角度をつけて配設することにより、
バックフォーカスが長い場合でも、最大制限角をより小
さくすることにより、投射レンズに係る負担をより軽減
することが可能である。また、液晶パネル６の画素配列
や開口形状が異なった場合でも、上記ダイクロイック・
ミラー１３ａ〜１３ｃにより、同様の効果を得る。

【００２８】つまり、本実施形態例では、図２に示すよ
うに、上記ダイクロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃを、
液晶パネル６の画素配列及び開口形状より決定される角
度に配設する。この角度としては例えば、２．５度の場
合がある。また、ダイクロイック・ミラー１３ａ〜１３
ｃが上記液晶パネル６の画素ピッチに対し必要な厚さを
得られない場合にも、夫々の角度によって間隔を広げる
ことができるため、容易にダイクロイック・ミラーを配
設し構成することが可能となる。尚、この場合、ダイク
ロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃを夫々並べられること
の可能な最初の位置から使用することにより、液晶パネ
ル６の開口部６ａに対して照射可能となるが、照明有効
発散角と照明主光線変位角とを加算した角度をカバーす
る投射レンズが必要となる。

【００２９】したがって、本実施形態例によれば、前記
第１実施形態例とは異なり３枚のダイクロイック・ミラ
ー１３ａ〜１３ｃを、液晶パネル６の画素配列及び開口
形状に基づいて決定される反射角度にそれぞれ配設する
ことにより、液晶パネル６の画素ピッチに対し必要なダ
イクロイック・ミラー厚が得られない場合でも、前記実
施形態例と同様に投射レンズに係る負担を軽減して低コ
スト化に寄与するとともに、ダイクロイック・ミラーの
製造を容易に行うことが可能となる。

【００３０】図３は本発明に係る投射型映像表示装置の
第３実施形態例を示す照明光学系の概略構成図である。
尚、図３は図１の装置の同様の構成要素については同一
符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明す
る。

【００３１】本実施形態例では、上記第１及び第２実施
形態例における投射型映像表示装置を構成する偏光板と
してのピンホール板１２を削除するとともに、これに代
えてマイクロレンズ等の光学系レンズを備えて形成した
マイクロリレーレンズ２０を用いて色分離に必要な照明
光を得るように構成したことが前記実施形態例とは異な
る点である。

【００３２】つまり、上述した第１及び第２実施形態例
にて使用されるピンホール板１２では、複数のピンホー
ル１２ａによって光源照明系からの略平行光の偏光方向
を制限して通過させているため、絞りと同様の特性を有
しており、このため、光利用効率低下に起因してしまう
ことも考えられる。したがって、本実施形態例では、図
３に示すように、ピンホール板１２の代わりに光の集光
性を向上させて必要な照明光を確保するためのマイクロ
リレーレンズ２０を用いることにより、光利用効率を向
上させるようにしている。

【００３３】マイクロリレーレンズ２０は、通常のリレ
ーレンズにおける集光光学系特性を有し、例えばマイク
ロレンズ基板の両側側面にマイクロレンズ加工処理を施
すことにより、入射光側にはリレーレンズ２１と出射光
側にはマイクロレンズ２２とが対向配置されるように形
成することで、マイクロリレーレンズ２０と成す。

【００３４】この場合、これらのリレーレンズ２１及び
マイクロレンズ２２は、１画素範囲に照射された照明光
１１（平行光）を液晶パネル６の開口部６ｂに結像させ
る任意光学系特性を備えるようにマイクロレンズ加工処
理が施されるようになっている。

【００３５】また、マイクロリレーレンズ２０において
は、図示例の如く、上述のマイクロレンズ加工処理によ
って、複数のリレーレンズ２１及びマイクロレンズ２２
が１画素範囲に照射された照射光を夫々対応する液晶パ
ネル６の開口部へと結像するように形成されている。

【００３６】一方、本実施形態例においても、前記第１
実施形態例と同様に光学系反射手段１３としてのダイク
ロイック・ミラー１３ａ〜１３ｂが夫々配設されてお
り、この場合、これら３枚のダイクロイック・ミラー１
３ａ〜１３ｃはマイクロリレーレンズ２０からの略平行
光主光線に対し、４５度の角度で且つ所定距離等間隔で
夫々平行となるように配設されている。つまり、これら
のダイクロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃによって、マ
イクロリレーレンズ２０からの照射光を任意波長範囲に
て透過し、あるいは反射することにより、光学照明系か
らの入射光に対して色分離（３原色）を行うことが可能
となり、こうして夫々色分離された各色の光は液晶パネ
ル６の対応する液晶パネル６の各液晶セル６ａ〜６ｃ上
に照射される。

【００３７】したがって、上記構成によれば、上記マイ
クロリレーレンズ２０及び光学系反射手段１３を設ける
ことによって、有限開口率を有する液晶パネル６（開口
部６ａ〜）の光学的な実行開口率を拡大することが可能
となると同時に、図中の点線，波線で示す範囲の照明光
における光束発散角範囲を許容することも可能となり、
結果として、照明効率を前記実施形態例よりも向上する
ことが可能となる。

【００３８】尚、上記実施形態例における投射型映像表
示装置の光源として一般的に使用されるメタルハライド
ランプや高圧水源ランプ等の光源ランプは、何れもＲ成
分の発光が弱く、次にＢ成分、Ｇ成分と発光効率が向上
する傾向であることから、映像表示に必須であるホワイ
トバランス調整を行うと最も低成分であるＲに対して他
の色成分を絞る必要があるため、映像表示次の輝度が液
晶透過率よりもかなり減少してしまう。そこで、本実施
形態ではこのような問題に鑑み、図３に示すダイクロイ
ック・ミラー１３ａ〜１３ｃの配置状態を、例えば液晶
パネル６近傍からＲ、Ｂ、Ｇの順で配置する。すると、
発光効率の高い成分程多くのダイクロイック・ミラーを
通過する必要があるため、これらの反射／透過率がホワ
イトバランス方向へと移動することになる。即ち、液晶
ライトバルブはその分ダイナミックレンジを拡大するこ
とが可能となり、該装置の品位向上が図れるという効果
を得る。

【００３９】したがって、本実施形態例によれば、光源
照明系からの許容入射角を拡大可能にすることで照明効
率を向上させることができ、さらに、ダイクロイック・
ミラーを液晶パネル６側からＲ、Ｂ、Ｇの順で配置する
ことで液晶パネルにおけるダイナミックレンジを拡大す
ることができるため、より装置の品位を向上させること
も可能となる。

【００４０】図４は本発明に係る投射型映像表示装置の
第４実施形態例を示し、図４（ａ）は装置の照明光学系
を示す概略構成図であり、図４（ｂ）は装置に用いられ
た高精度な積層マイクロリレーレンズの製造方法を説明
するための説明図である。尚、図４は図３と同様な構成
要素については同一符号を付して説明を省略し、異なる
部分のみを説明する。

【００４１】本実施形態例では、マイクロリレーレンズ
２０自体に改良を加えることで、マイクロリレーレンズ
の開口率（入射光側）が向上され、即ち高集光率で高精
度なマイクロリレーレンズを得ることにより、前記第３
実施形態例より光利用効率を向上させたことが異なる点
である。

【００４２】具体的な改良方法としては、例えば、図４
（ｂ）に示すように、マイクロリレーレンズ２０の開口
率をさらに向上させるため、高屈折及び低屈折樹脂にて
両面または片面が任意マイクロレンズ加工処理が施され
たマイクロリレーレンズ基板２０、２３及び２６を夫々
積層して形成する。これにより、画素毎に高性能な積層
マイクロリレーレンズ２９を得ることができ、前記実施
形態例よりもさらにマイクロリレーレンズの開口率を拡
大させることが可能となる。そして、こうして形成され
たマイクロリレーレンズ２９を用いて図４（ａ）に示す
ように照明光学系を構築する。

【００４３】尚、図示例では、説明簡略化の為、図３に
示す実施形態例のダイクロイック・ミラーを含む色分離
光学系は省略されているが、実際の使用では図３に示す
前記第３実施形態例と同様、上記マイクロリレーレンズ
基板２９と液晶パネル開口部との間に同様の色分離光学
系（光学系反射射手段としてのダイクロイック・ミラ
ー）を設けることにより、より光利用効率が向上された
照明光学系の構築を可能にすることができる。

【００４４】したがって、本実施形態例によれば、上記
の如く積層して構成されたマイクロリレーレンズ２９及
びダイクロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃを用いて前記
第３実施形態例と同様に照明光学系を構築することで、
さらに光利用効率を向上させることが可能となる効果を
得る。

【００４５】ところで、以上説明した実施形態例にて明
かなように、本提案における色分離処理方法では、各色
分離毎に光路長が異なるため、理想的な光学系レンズ形
態を形成すると、中心配置色に対して光路長変化により
色収差が生じる。一方、一般的なレンズ素材では波長毎
に屈折率が異なることため、レンズ設計に応じて色収差
が生じる。通常のレンズ設計では、レンズ素材のＡｂｂ
ｅ数（Ｃ線〜Ｆ線までの屈折率変化乗数）選択と形状に
てこれらの色収差を相殺させる工夫が為されている。

【００４６】そこで、本発明では、この色収差を積極的
に利用して光路長差を相殺させることにより最適な位置
で結像させ、高画質化、高効率化も可能である。このよ
うな実施形態例を図５に示す。

【００４７】図５は本発明に係る投射型映像表示装置の
第５実施形態例を示す光学照明系の概略構成図である。
尚、図５は図４に示す装置と同様の構成要素については
同一符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明
する。

【００４８】本実施形態例では、前記第４実施形態例に
て使用された高効率可能な積層マイクロリレーレンズ２
９を用いて光源照明系からの平行光を入射し、この積層
マイクロリレーレンズ２９と液晶パネル６との間に平行
等間隔で配設された３枚のダイクロイック・ミラー１３
ａ〜１３ｃの配置順序を、液晶パネル６側から光路長の
短いＲ、Ｇ、Ｂの順に配置することにより、発生する色
収差を積極的に利用し、光路長差を相殺させるように構
成したことが前記第４実施形態例と異なる点である。

【００４９】例えば、３枚のダイクロイック・ミラー１
３ａ〜１３ｃが無いものとすると、積層マイクロリレー
レンズ２９では、図５に示すように、中心配置色に対し
て光路長変化により色収差が生じ、つまり、夫々異なっ
た光路長にて各色光が結像することになる。そこで、こ
の色収差による光路長差を相殺させるように上記実施形
態例と同様に平行等間隔で配設されたダイクロイック・
ミラー１３ａ〜１３ｃの配置順を偏光する。つまり、ダ
イクロイック・ミラー１３ａをＲ、ダイクロイック・ミ
ラー１３ｂをＧ、ダイクロイック・ミラー１３ｃをＢの
夫々の波長範囲の光を反射するように配設する。する
と、これらのダイクロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃに
対応する液晶パネル６の開口部６ａ〜６ｃには、光路長
差により何れも最適な結像位置に反射光を夫々照射する
ことが可能となる。

【００５０】したがって、本実施形態例では、単にダイ
クロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃの配置順を、発生が
余儀なくされる色収差に応じた光路長差を相殺するよう
に液晶パネル側からＲ、Ｇ、Ｂと順に配置するのみで、
結像状態を良好にし、結果として、光利用効率向上は勿
論のこと、高画質化及び高効率化に寄与する効果を得
る。

【００５１】尚、本実施形態例では、ダイクロイック・
ミラー１３の配置については、上記積層マイクロレンズ
２９を含むレンズ素材の光学系特性に応じて、色収差に
基づく光路長差を相殺させる理想的な位置に配設するよ
うに決定し、あるいは予めダイクロイック・ミラー１３
を配設し、この光路長差に合うよう上記積層マイクロレ
ンズ等のレンズ素材を決定するようにしても良い。これ
により、同様の効果を得ることは勿論のこと、幅広い装
置設計を行うことも可能である。

【００５２】ところで、本発明では、マイクロリレーレ
ンズ２０において、照明光学系からの平行光が確保さ
れ、液晶パネル６側のマイクロレンズ形状が入射側レン
ズ形状の１／２以下に設定且つ製造可能である場合に
は、高効率化を可能とする両偏光利用の光学系システム
を構築することも可能である。このような実施形態例を
図６に示す。

【００５３】図６は本発明に係る投射型映像表示装置の
第６実施形態例を示し、照明光学系を示す概略構成図で
ある。尚、図６は図３と同様の構成要素については同一
符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明す
る。

【００５４】本実施形態例では、図３に示すマイクロリ
レーレンズ２０内に両偏光素子３０リレーレンズ３１、
全反射ミラー（またはＰＢＳ）３２、位相差板３４及び
フィルタ３３を夫々設けて両偏光利用の照明光学系を構
成することにより、光利用効率をさらに向上させたこと
が前記第３実施形態例とは異なる点である。

【００５５】図６に示すように、全偏光の照明光は入射
側マイクロレンズ２２により集光され、焦点付近に配設
された偏光ピームスプリッタ（以下、ＰＢＳと略記）３
０に照射する。ＰＢＳ３０は、両偏光素子としての機能
を有し、Ｐ偏光を通過させ、且つＳ偏光は反射する。そ
の後、ＰＢＳ３０によりＰ偏光された照射光は出射側マ
イクロレンズ２１ａの出射側面上に設けられた位相差板
３４にて偏光方向が９０度回転されることによりＳ偏光
となり、この通過したＳ偏光は光学系反射手段１３であ
るダイクロイック・ミラー１３〜１３ｃに照射されるこ
とにより色分離処理が施される。これにより、各３原色
に色分離された照射光は液晶パネル６の画素３５におけ
る夫々対応する開口部６ａ〜６ｃに照射される。一方、
上記ＰＢＳ３０によって反射されたＳ偏光は、新たに設
けられたリレーレンズ３１によってＰＢＳ３０における
入射光と同じ条件にてＰＢＳまたは全反射ミラー１５上
に結像させる。その後、反射光はマイクロレンズ２１ｂ
によって照射され、上記と同様のダイクロイック・ミラ
ー１３ａ〜１３ｃによって色分離された後、上記画素３
５と隣接する画素３６の対応する開口部６ｄ〜６ｆに照
射される。即ち、１つの入射側のマイクロレンズ２２で
２つの画素３５、３６を照射する照明光を得ることがで
きる。

【００５６】また、図中に示すように夫々の偏光光によ
って隣接する画素３５、３６を別々に照射する場合に
は、ＰＢＳ３０並びに位相差板３４等により光束または
波長透過率特性が異なることから、この差異を軽減する
のに必要な任意波長透過率特性を有するフィルタ３３が
必要となる。勿論、出射側マイクロレンズ２１ｂを偏心
させ、同一画素を照射場合には、このフィルタ３３は不
要である。

【００５７】以上、述べたように上記構成により、本実
施形態例では両偏光利用が可能となるため、従来片偏光
方式と比較すると、５０％以上の光利用効率の達成が可
能となる。

【００５８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
簡単な構成で従来の角度制御による色分離同等の光利用
効率で投射レンズに係る負担をコスト的にも形状的にも
大きく軽減することが可能となる。また、照明光発散角
も拡大可能なため、他のフライアイレンズ等の高品位な
輝度平均化手段の採用が可能であることから、小型で明
るく且つ高品位な投射型映像表示装置における照明光学
系システムを構築することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る投射型映像表示装置の第１実施形
態例を示す概略構成図。

【図２】本発明に係る投射型映像表示装置の第２実施形
態例を示す概略構成図。

【図３】本発明に係る投射型映像表示装置の第３実施形
態例を示す概略構成図。

【図４】本発明に係る投射型映像表示装置の第４実施形
態例を示す概略構成図。

【図５】本発明に係る投射型映像表示装置の第５実施形
態例を示す概略構成図。

【図６】本発明に係る投射型映像表示装置の第６実施形
態例を示す概略構成図。

【図７】マイクロレンズと角度制御による色分離手法を
示す照明光学系の概略図。

【符号の説明】

６…液晶パネル、６ａ〜６ｂ…液晶セル（開口部）、１
１…略平行光（光束）、１２…偏光板（ピンホール
板）、１２…ピンホール、１３…光学系反射手段（ダイ
クロイック・ミラー１３ａ〜１３ｃ）、２０…マイクロ
リレーレンズ、２１…リレーレンズ、２２…マイクロレ
ンズ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源より発する光を光軸と略平行に制御
   して略平行光を照射する照明手段と、 前記照明手段により得られた略平行光の偏光方向を制限
   して照射する第１の偏光板と、 旋光性を有する液晶セルがマトリックス状に配置され、
   任意液晶セルに任意電界を与えることにより旋光角を制
   御して入射光を変調する液晶パネルと、 前記液晶パネルの投射側に配置され、前記液晶パネルを
   通過した光の任意偏光方向のみについて制限して照射す
   る第２の偏光板と、 前記第２の偏光板を通過した光をスクリーンに表示させ
   るために拡大投射する投射レンズと、 前記第１の偏光板と前記液晶パネルとの間に設けられ、
   前記照明手段により得られた略平行光主光線に対し４５
   度の角度で且つ等間隔で併設された３つの反射面を備
   え、これらの反射面により前記第１の偏光板からの照射
   光に対し任意波長範囲にて透過あるいは反射することに
   より色分離を行い、前記液晶パネルに照射するダイクロ
   イック・ミラーと、 を具備したことを特徴とする投射型映像表示装置。
2. 【請求項２】 前記ダイクロイック・ミラーは、前記略
   平行光主光線に対し前記液晶パネルの画素配列及び開口
   形状に基づき決定される反射角で反射面が夫々配設可能
   に構成されたもので、入射光を任意複数の波長毎に色分
   離することを特徴とする請求項１に記載の投射型映像表
   示装置。
3. 【請求項３】 前記第１の偏光板に代えて、前記液晶パ
   ネルの全ての液晶セルの開口部における実行開口率を拡
   大させるためのリレーレンズ素子群を配設したことを特
   徴とする請求項１及び請求項２のどちらか一方に記載の
   投射型映像表示装置。
4. 【請求項４】 前記リレーレンズ素子群は、両面または
   片面がマイクロレンズ加工処理が施された複数のマイク
   ロレンズ基板を積層することにより構成されたことを特
   徴とする請求項３に記載の投射型映像表示装置。
5. 【請求項５】 前記ダイクロイック・ミラーは、照明光
   の入射側から赤、青、緑の波長範囲の光を反射する反射
   特性の順に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求
   項４のいずれか１つに記載の投射型映像表示装置。
6. 【請求項６】 前記リレーレンズ素子群としてのマイク
   ロリレーレンズは、任意色収差を有しており、前記ダイ
   クロイック・ミラーは、前記マイクロリレーレンズ色収
   差に応じた配置構成を有していることを特徴とする請求
   項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の投射型映像表
   示装置。
7. 【請求項７】 前記リレーレンズ素子群を構成する複数
   のマイクロレンズ基板の所定位置に、所定形状のマイク
   ロビームスプリッタ、リレーレンズ、反射ミラー及び位
   相差板を夫々配設することにより、両偏光利用可能な光
   学系システムを構築可能としたことを特徴とする請求項
   ３乃至請求項５のいずれか１つに記載の投射型映像表示
   装置。